Name: Obrazowanie 3D Cine Magnetic Resonance ruchu oddechowego u myszy i szczurów wentylowanych mechanicznie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-09-19T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 22 s
Description: Poznaj metodę obrazowania 3D cine MRI ruchu oddechowego u myszy i szczurów wentylowanych mechanicznie. Technika ta pozwala badać wpływ PEEP na dynamikę klatki piersiowej i zapobiegać uszkodzeniom płuc.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Prace te były wspierane przez ZonMW Grant 09120011910004 (GS, CO, LH) oraz grant NIH 5R01HL121500 (CO).

<ol><li>Bassi, T., Taran, S., Girard, T. D., Robba, C., Goligher, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ventilator-associated+brain+injury%3A+A+new+priority+for+research+in+mechanical+ventilation%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Respir+Crit+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Ventilator-associated brain injury: A new priority for research in mechanical ventilation.</a> Am J Respir Crit Care Med. 209 (10), 1186-1188 (2024).</li>
<li>Slutsky, A. S., Ranieri, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ventilator-induced+lung+injury%5BTitle%5D)+AND+%22N+Engl+J+Med%22%5BJournal%5D)">Ventilator-induced lung injury.</a> N Engl J Med. 369 (22), 2126-2136 (2013).</li>
<li>Levine, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+disuse+atrophy+of+diaphragm+fibers+in+mechanically+ventilated+humans%5BTitle%5D)+AND+%22N+Engl+J+Med%22%5BJournal%5D)">Rapid disuse atrophy of diaphragm fibers in mechanically ventilated humans.</a> N Engl J Med. 358 (13), 1327-1335 (2008).</li>
<li>Silva, P. L., Scharffenberg, M., Rocco, P. R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+mechanisms+of+ventilator-induced+lung+injury+using+animal+models%5BTitle%5D)+AND+%22Intensive+Care+Med+Exp%22%5BJournal%5D)">Understanding the mechanisms of ventilator-induced lung injury using animal models.</a> Intensive Care Med Exp. 11 (1), 82(2023).</li>
<li>Damiani, L. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+reverse+triggering+dyssynchrony+during+lung-protective+ventilation+on+diaphragm+function%3A+An+experimental+model%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Respir+Crit+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Impact of reverse triggering dyssynchrony during lung-protective ventilation on diaphragm function: An experimental model.</a> Am J Respir Crit Care Med. 205 (6), 663-673 (2022).</li>
<li>Guillon, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preclinical+septic+shock+research%3A+why+we+need+an+animal+ICU%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Intensive+Care%22%5BJournal%5D)">Preclinical septic shock research: why we need an animal ICU.</a> Ann Intensive Care. 9 (1), 66(2019).</li>
<li>Larsson, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+animal+models+of+muscle+wasting+in+intensive+care+unit+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Crit+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Experimental animal models of muscle wasting in intensive care unit patients.</a> Crit Care Med. 35 (9), S484-S487 (2007).</li>
<li>Schwarte, L. A., Zuurbier, C. J., Ince, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+ventilation+of+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Basic+Res+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Mechanical ventilation of mice.</a> Basic Res Cardiol. 95 (6), 510-520 (2000).</li>
<li>Leith, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+mammalian+respiratory+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Am+Rev+Respir+Dis%22%5BJournal%5D)">Comparative mammalian respiratory mechanics.</a> Am Rev Respir Dis. 128 (2 Pt 2), S77-S82 (1983).</li>
<li>Vinegar, A., Sinnett, E. E., Leith, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+mechanisms+determine+functional+residual+capacity+in+mice%2C+Mus+musculus%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol+Respir+Environ+Exerc+Physiol%22%5BJournal%5D)">Dynamic mechanisms determine functional residual capacity in mice, Mus musculus.</a> J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 46 (5), 867-871 (1979).</li>
<li>Oh, S. S., Narver, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mouse+and+rat+anesthesia+and+analgesia%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Protoc%22%5BJournal%5D)">Mouse and rat anesthesia and analgesia.</a> Curr Protoc. 4 (2), e995(2024).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technical+aspects+of+small+animal+CMR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Phys%22%5BJournal%5D)">Technical aspects of small animal CMR imaging.</a> Front Phys. 8, ARTN 183(2020).</li>
<li>Daal, M. R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+mouse+heart+left+ventricular+function%2C+myocardial+strain%2C+and+hemodynamic+forces+by+cardiovascular+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Quantification of mouse heart left ventricular function, myocardial strain, and hemodynamic forces by cardiovascular magnetic resonance imaging.</a> J Vis Exp. (171), e62595(2021).</li>
<li>Gottwald, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pseudo-spiral+sampling+and+compressed+sensing+reconstruction+provides+flexibility+of+temporal+resolution+in+accelerated+aortic+4D+flow+MRI%3A+A+comparison+with+k-t+principal+component+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Pseudo-spiral sampling and compressed sensing reconstruction provides flexibility of temporal resolution in accelerated aortic 4D flow MRI: A comparison with k-t principal component analysis.</a> NMR Biomed. 33 (4), e4255(2020).</li>
<li>Sudy, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Different+contributions+from+lungs+and+chest+wall+to+respiratory+mechanics+in+mice%2C+rats%2C+and+rabbits%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol+%281985%29%22%5BJournal%5D)">Different contributions from lungs and chest wall to respiratory mechanics in mice, rats, and rabbits.</a> J Appl Physiol (1985). 127 (1), 198-204 (2019).</li>
<li>Strijkers, G. J. Retrospective-v9.7: Self-gated cine MRI reconstruction. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://github.com/Moby1971/Retrospective-v9.8">https://github.com/Moby1971/Retrospective-v9.8</a> (2023).</li>
<li>Caro, A. C., Hankenson, F. C., Marx, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+thermoregulatory+devices+used+during+anesthesia+of+C57BL%2F6+mice+and+correlations+between+body+temperature+and+physiologic+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Assoc+Lab+Anim+Sci%22%5BJournal%5D)">Comparison of thermoregulatory devices used during anesthesia of C57BL/6 mice and correlations between body temperature and physiologic parameters.</a> J Am Assoc Lab Anim Sci. 52 (5), 577-583 (2013).</li>
<li>Tang, M., Yamamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Progress+in+Understanding+Radiofrequency+Heating+and+Burn+Injuries+for+Safer+MR+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med+Sci%22%5BJournal%5D)">Progress in Understanding Radiofrequency Heating and Burn Injuries for Safer MR Imaging.</a> Magn Reson Med Sci. 22 (1), 7-25 (2023).</li>
<li>Munting, L. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+different+isoflurane+anesthesia+protocols+on+murine+cerebral+hemodynamics+measured+with+pseudo-continuous+arterial+spin+labeling%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Influence of different isoflurane anesthesia protocols on murine cerebral hemodynamics measured with pseudo-continuous arterial spin labeling.</a> NMR Biomed. 32 (8), e4105(2019).</li>
</ol>

Ruslan Garipov jest pracownikiem MR Solutions Ltd., Guildford, Wielka Brytania.

Badanie to pokazuje, że obrazowanie MR 3D z bramkowaniem retrospektywnym pozwala na pomiar ruchu klatki piersiowej w dwóch modelach zwierzęcych podczas wentylacji mechanicznej. Techniki te mogą zostać wykorzystane w przyszłych badaniach obejmujących obrazowanie serca i klatki piersiowej u myszy i szczurów wentylowanych mechanicznie. Stwierdziliśmy, że ze względu na stałą częstotliwość oddychania, retrospektywne kategoryzowanie było bardzo solidne.
Kluczowym etapem protokołu jest ustawienie prawidłowego ułożenia zwierząt w cewkach MR. Podczas skanowania nie ma możliwości zmiany położenia zwierząt. Ponadto utrzymanie normotermii jest bardzo ważne, aby zapewnić, że pomiary są wykonywane w warunkach fizjologicznych, ponieważ środki znieczulające mogą powodować hipotermię poprzez rozszerzenie naczyń obwodowych, a impulsy o częstotliwości radiowej w tym protokole MRI mogą powodować hipertermię17,18. Na rycinie 7 można zaobserwować wahania temperatury ciała w krótkim okresie wokół przeniesienia zwierząt do skanera (około 1 godziny), w którym nie jest stosowane ciepło z zewnętrznego źródła. Kolejnym krytycznym krokiem jest miareczkowanie znieczulenia, szczególnie u myszy. Płaszczyzna znieczulenia, w której myszy nie wykazują wysiłku oddechowego, ale utrzymują stabilne parametry życiowe, jest wąska i wymaga uważnego monitorowania sygnału oddechowego i dostosowania szybkości infuzji znieczulenia. U szczurów nie spotkaliśmy się z takimi problemami w zakresie zastosowanej sedacji. Jakość obrazu będzie miała negatywny wpływ, jeśli zwierzę będzie miało wpływ na wysiłek oddechowy z powodu retrospektywnej rekonstrukcji obrazów na podstawie ustawionej częstotliwości oddechowej. Możliwe jest zastosowanie innego schematu znieczulenia, takiego jak znieczulenie wziewne izofluranem lub alternatywne środki znieczulające do iniekcji, które powodują większe zahamowanie wysiłku oddechowego. Respirator CWE-MRI-1 dla małych zwierząt zastosowany w tym protokole jest kompatybilny ze środkami znieczulającymi wziewnymi19.
Istnieją trzy kluczowe etapy odtwarzania metody MRI zaproponowanej w tym badaniu. Po pierwsze, należy użyć tej samej podstawowej sekwencji MRI (tj. 3D FLASH). Taka sekwencja jest dostępna w zasadzie we wszystkich systemach MRI. Po drugie, trajektoria k-przestrzeni wspomniana w tej pracy (pseudo-spirala) może wymagać poprawki oprogramowania, która może wykonywać zdefiniowane przez użytkownika trajektorie k-przestrzeni. Zachęcamy czytelników do skontaktowania się z autorem korespondencyjnym, jeśli chcą powtórzyć przejęcie. Istnieje doświadczenie w wdrażaniu tego typu akwizycji na systemach od innych dostawców. Wreszcie, proces rekonstrukcji, który udostępniamy jako oprogramowanie typu open source, jest niezależny od dostawcy, a zatem ma zastosowanie do wszystkich systemów przedklinicznych.
Wybraliśmy wyzwalanie retrospektywne i kategoryzowanie zamiast wyzwalania prospektywnego z kilku powodów. Przede wszystkim wyzwalanie retrospektywne i binowanie danych w przestrzeni k oferują pełną elastyczność w liczbie zrekonstruowanych ramek CINE układu oddechowego, co pozwala nam zoptymalizować rozdzielczość czasową, rozdzielczość przestrzenną i stosunek sygnału do szumu. Dodatkowo, wyzwalanie prospektywne wprowadza martwy czas na końcu każdego cyklu oddechowego, gdy skaner czeka na następny wyzwalacz, co może zakłócić stan ustalony i spowodować niepełny cykl. W przypadku wentylacji mechanicznej ten martwy czas jest minimalny, ale nadal obecny.
Głównym ograniczeniem tego protokołu jest brak możliwości pomiaru ciśnienia w drogach oddechowych lub przełyku. O ile nam wiadomo, na rynku nie ma kompatybilnych z MR czujników ciśnienia w płucach lub przełyku dla małych zwierząt. Kolejnym ograniczeniem jest brak ciągłych pomiarów ciśnienia krwi w ramach rezonansu magnetycznego. Protokół znieczulenia został oparty na wcześniejszych badaniach instytucjonalnych. Atropina została dodana ze względu na częste występowanie bradykardii i niedociśnienia obserwowane wcześniej. Chociaż ciągłe monitorowanie ciśnienia krwi nie było możliwe ze względu na ograniczenia środowiska MR, nadciśnienie jest mało prawdopodobne, ponieważ nie zaobserwowano tachykardii (ryc. 7). Monitorowanie zastosowane w tym protokole składało się z częstości akcji serca, saturacji tlenem, temperatury i sygnału oddechowego opartego na ruchu ściany klatki piersiowej. Korzystając z tych pomiarów, przegląd parametrów życiowych zwierząt może pomóc w podaniu znieczulenia, ale odczyt ciśnienia krwi może zapobiec przedawkowaniu zwierząt wykazujących wysiłek oddechowy. Nie opublikowano żadnych innych badań MRI dotyczących fizjologii układu oddechowego gryzoni wentylowanych mechanicznie, ale metoda ta może być stosowana do szerokiego zakresu pytań badawczych poza badaniami układu oddechowego. Wspomniany w manuskrypcie program rekonstrukcyjny (Retrospektywa) może być również wykorzystywany do rekonstrukcji obrazów w całym cyklu pracy serca, umożliwiając w ten sposób badaczowi uzyskanie obrazów serca i naczyń w wysokiej rozdzielczości bez artefaktów ruchowych. Protokół ten może być zastosowany w każdym projekcie, który wymaga wentylacji mechanicznej szczurów lub myszy podczas skanowania. Można na przykład rozważyć zbadanie związku między ustawieniami wentylacji mechanicznej a czynnością serca. Inne opcje obejmują obrazowanie zwierząt z otwartą klatką piersiową lub po operacjach wymagających wentylacji mechanicznej.

Wentylacja mechaniczna jest podstawą leczenia ostrej niewydolności oddechowej na oddziale intensywnej terapii. Niestety, może to również spowodować obrażenia. Uszkodzenie płuc wywołane respiratorem, uszkodzenie mózgu związane z respiratorem i dysfunkcja przepony wywołana respiratorem są przykładami jatrogennych powikłań związanych z ostrą wentylacją mechaniczną 1,2,3. Patofizjologia leżąca u podstaw tych mechanizmów urazów pozostaje słabo poznana. Prace eksperymentalne na zwierzętach pozwoliły zidentyfikować ważne mechanizmy leżące u podstaw powikłań wentylacji mechanicznej, co pozwoliło na przełożenie ich na praktykę kliniczną poprzez zastosowanie nowych strategii wentylacji4. Niedawnym przykładem są badania nad wpływem dyssynchronizacji respiratorów na funkcję przepony w modelach ARDSświń 5. Takie badania na mechanicznie wentylowanych modelach zwierzęcych są niezbędne do wyjaśnienia mechanizmów urazów, nawet przy obecnej tendencji do odchodzenia od testów na zwierzętach. Badania nad skutkami wentylacji mechanicznej wymagają nienaruszonego układu krążeniowo-oddechowego i zdolności do symulacji patofizjologii powszechnie obserwowanej na OIT4. Duże modele zwierzęce są często używane, ponieważ naśladują ludzką fizjologię bardziej niż gryzonie i mogą być wentylowane za pomocą maszyn używanych na OIOM-ie4. Głównymi wadami są duże koszty związane z wykorzystaniem dużych zwierząt oraz brak genetycznie modyfikowanych modeli dużych zwierząt do badania molekularnych mechanizmów choroby 6,7. W związku z tym eksperymenty na gryzoniach wentylowanych mechanicznie są nieuniknione, o ile nie są dostępne alternatywne rozwiązania, takie jak zaawansowane hodowle tkankowe lub modele narządów na chipie.
Różne interwencje, które poprawiły wyniki u zwierząt, nie przełożyły się na ludzi 4,6, co podkreśla znaczenie zrozumienia, w jaki sposób powszechnie stosowane zwierzęce modele wentylacji mechanicznej różnią się od ludzkich. Wpływ ustawień respiratora na układ oddechowy zależy od wielu czynników, które mogą być specyficzne dla gatunku, takich jak elastyczność tkanek, napięcie mięśniowe i zmienność odpowiedzi na powszechnie stosowane środki znieczulające 8,9,10,11. Różnice te mogą prowadzić do kontrastujących skutków dla ruchu i geometrii klatki piersiowej i płuc, co może wyjaśniać rozbieżności między ludźmi a zwierzętami. Badanie wpływu ustawień wentylacji na geometrię i ruch układu krążeniowo-oddechowego może wyjaśnić różnice między gatunkami i może pomóc w przełożeniu pojęć patofizjologicznych pochodzących z badań na zwierzętach na warunki kliniczne. Postęp techniczny w zakresie rezonansu magnetycznego układu sercowo-naczyniowego z rozdzielczością ruchu umożliwił obrazowanie bijącego serca w modelach gryzoni, dostarczając wglądu w kształt, funkcję i patofizjologię w modelach chorób sercowo-naczyniowych gryzoni12,13. Metody te nie są w wystarczającym stopniu wykorzystywane do obrazowania klatki piersiowej i ruchu podczas cyklu oddechowego u zwierząt wentylowanych mechanicznie.
W tym miejscu przedstawiamy metodę badania geometrii i ruchów klatki piersiowej u gryzoni wentylowanych mechanicznie za pomocą rezonansu magnetycznego 3D. Pozwala to na badanie ostrego wpływu wielu ustawień respiratora lub innych interwencji na geometrię klatki piersiowej i ruch u gryzoni wentylowanych mechanicznie. Zastosowaliśmy nowatorską pseudospiralną, bramkowaną oddechowo akwizycję 3D cine MRI dla wentylowanych małych zwierząt13,14. W tym początkowym badaniu zbadaliśmy wpływ dodatniego ciśnienia wydechowego (PEEP), ale ta metoda może być również wykorzystana do zbadania wpływu innych interwencji lub ustawień oddechowych, takich jak stosunek I: E, objętość oddechowa i częstość oddechów. Metoda ta otworzy szereg możliwości w zakresie obrazowania przedklinicznego modeli gryzoni wymagających wentylacji mechanicznej w dziedzinie badań nad intensywną terapią i nie tylko.

<table><tbody><tr><td><mocny>Sprzęt</mocny></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; 11 Plus Cyfrowa podwójna pompa strzykawkowa</td><td>Aparatura Harvarda (USA)</td><td>229193-2</td><td>Podwójna pompa strzykawkowa z programowalnymi funkcjami dla laboratoriów</td></tr><tr><td>Jedno- i wielokanałowy kondycjoner sygnału AccuSens</td><td>Opsens solutions inc. (Kanada)</td><td>ACS-P4-N-62SC</td><td>Używany ze światłowodowym czujnikiem temperatury do monitorowania temperatury ciała</td></tr><tr><td>Światłowodowy czujnik temperatury&nbsp;</td><td>Opsens solutions inc. (Kanada)</td><td>OTP-M</td><td></td></tr><tr><td>Kołyska na mysz</td><td>&ostry; ekwipunek V&eacute; t&eaostry; rinaire Minerve (Francja)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mousestat Jr.&nbsp;</td><td>Kent-scientific (Stany Zjednoczone)</td><td>MSTAT-JR</td><td>MouseSTAT Jr. zapewnia&nbsp; dokładna pulsoksymetria zarówno u myszy, jak i szczurów.</td></tr><tr><td>Skaner MR</td><td>MR Solutions Lt. (Wielka Brytania)</td><td>MRS-7024 powiedział:</td><td></td></tr><tr><td>Monitorowanie kompatybilne z MR i System bramkowania dla małych zwierząt</td><td>SA Instruments, Inc. (Stany Zjednoczone)</td><td>1030</td><td>Moduł RT (moduł interfejsu oddechowego), moduł sterujący/bramkujący ERT, zestaw akumulatorów</td></tr><tr><td>Respirator kompatybilny z MRI-1</td><td>CWE (Stany Zjednoczone)</td><td>12-07000</td><td>Wentylator mechaniczny odpowiedni do wentylacji małych zwierząt w środowiskach rezonansu magnetycznego. Wentyluje się na zasadzie przepływu i czasu z regulacją objętości za pomocą zaworów pneumatycznych.</td></tr><tr><td>Wielostanowiskowa jednostka sterująca temperaturą i High Flow PCA</td><td>&ostry; ekwipunek V&eacute; t&eaostry; rinaire Minerve (Francja)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kolumna PEEP</td><td></td><td></td><td>Kolumna pomiarowa płynu o zmienionym przeznaczeniu</td></tr><tr><td>Respirator mechaniczny Physiosuite</td><td>Kent-scientific (Stany Zjednoczone)</td><td></td><td>Wentylator mechaniczny odpowiedni do wentylacji małych zwierząt. Wentylacja odbywa się na zasadzie regulowanej objętości i ciśnienia.</td></tr><tr><td>Pulsoksymetryczne czujniki łapowe, kompatybilne z MRI</td><td>Kent-scientific (Stany Zjednoczone)</td><td>SPO2-MSE-MRI</td><td>Czujnik łapy kompatybilny z MRI dla Mousestat Jr.</td></tr><tr><td>Kołyska dla szczurów</td><td>&ostry; ekwipunek V&eacute; t&eaostry; rinaire Minerve (Francja)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cewka RF, Mysz</td><td>MR Solutions Lt. (Wielka Brytania)</td><td></td><td>Cewka RF o objętości myszy 38 mm do badań ciała myszy</td></tr><tr><td>Cewka RF, Szczur</td><td>MR Solutions Lt. (Wielka Brytania)</td><td></td><td>65mm&nbsp; cewka RF objętości szczura do badań ciała szczura</td></tr><tr><td><mocne>Narzędzia chirurgiczne</mocne></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Abbocath 14G, 20G, 22G, 24G</td><td>Abbocath powiedział:</td><td></td><td>14G, 20G, 22G do stosowania jako rurka dotchawicza, 24G do dootrzewnowej infuzji znieczulenia</td></tr><tr><td>Ethilon 3-0&nbsp; Szew FD-1 z igłą</td><td>Ethicon (Stany Zjednoczone)</td><td>663 godz.</td><td></td></tr><tr><td>Kleszcze #55</td><td>Dumont (Szwajcaria)</td><td>55</td><td></td></tr><tr><td>Nożyczki Metzenbaum</td><td>Narzędzia precyzyjne (Niemcy)</td><td>14017-14</td><td></td></tr><tr><td>Uchwyt na igłę</td><td>Narzędzia precyzyjne (Niemcy)</td><td>12005-15</td><td></td></tr><tr><td>Jedwabny szew pleciony niewchłanialny 6/0</td><td>Narzędzia precyzyjne (Niemcy)</td><td>18020-60</td><td></td></tr><tr><td>Nożyczki sprężynowe</td><td>Narzędzia precyzyjne (Niemcy)</td><td>15033-09</td><td></td></tr><tr><td>Nożyczki do tenotomii Stevensa</td><td>Narzędzia precyzyjne (Niemcy)</td><td>14064-11</td><td></td></tr><tr><td>Kleszcze do wiązania szwów</td><td>Narzędzia precyzyjne (Niemcy)</td><td>18025-10</td><td></td></tr><tr><td>Taśma medipore</td><td>3M (Stany Zjednoczone)</td><td></td><td></td></tr><tr><td><silny>Lek</silny></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Atropina 0,25 mg/ml</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Deksmedetomidyna 0,5 mg/ml Dexdormitor</td><td>Orion pharma (Finlandia)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Duratears maść do oczu</td><td>Alcon Nederland BV (Holandia)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Izofluran</td><td>AST pharma (Francja)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ketamina 100 mg/ml Ketexx</td><td>Alfasan (Holandia)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wazelina wazelina naftowa</td><td>Unilever (Holandia)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elastix</td><td>Instytut Nauk o Obrazie, UMC Utrecht (Holandia)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Swędzenie</td><td>Uniwersytet Pensylwanii (Stany Zjednoczone)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab 2019a</td><td>Wolfram Research Inc (Stany Zjednoczone)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mikrodicom</td><td>Microdicom (Bułgaria)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Retropektywny</td><td>Amsterdam UMC (Holandia)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

obrazowanie 3d cine magnetic resonance ruchu oddechowego u myszy i szczurów wentylowanych mechanicznie

3D Cine Magnetic Resonance Imaging of Respiratory Motion in Mechanically Ventilated Mice and Rats

Patofizjologia dysfunkcji przepony u pacjentów wentylowanych mechanicznie nie została jeszcze w pełni poznana i potrzebne są odpowiednie modele zwierzęce, aby umożliwić dalsze badania. Ustawienia wentylacji mechanicznej, takie jak poziom dodatniego ciśnienia końcowo-wydechowego (PEEP), odgrywają kluczową rolę. Celem było opracowanie metody obrazowania 3D ruchu klatki piersiowej podczas wentylacji mechanicznej myszy i szczurów przy różnych ustawieniach ciśnienia oddechowego. Szczury (Wistar) i myszy (C57BL/6) znieczulono mieszanką ketaminy, atropiny i deksmedetomidyny. Znieczulenie utrzymywano poprzez ciągłą infuzję przez cewnik otrzewnowy. Następnie wykonano tracheostomię w celu umożliwienia wentylacji mechanicznej zwierząt. Zwierzęta umieszczono w systemie MR 7T, podczas gdy były wentylowane respiratorem kompatybilnym z MR. Obrazowanie 3D klatki piersiowej przeprowadzono przy użyciu gradientowej sekwencji echa 3D z pseudospiralnym wypełnieniem k-space. Sygnał nawigatora, generowany przez gradient przewijarki wyboru wycinka, był rejestrowany co TR. Retrospektywne kategoryzowanie i rekonstrukcja danych w 12 przedziałach czasowych oddechowych cine została przeprowadzona przy użyciu opracowanego przez nas oprogramowania. Udało nam się zobrazować ruch klatki piersiowej w 3D u obu gatunków podczas wentylacji mechanicznej, umożliwiając badanie zmian w geometrii klatki piersiowej w całym cyklu oddechowym przy różnych poziomach PEEP. Stwierdziliśmy, że retrospektywne binowanie ram oddechowych było znacznie ułatwione dzięki stałemu częstemu oddychaniu. Przedstawiony tutaj protokół może być wykorzystany do badania geometrii i ruchu serca i klatki piersiowej u myszy i szczurów wentylowanych mechanicznie.

Korzystając z protokołu opisanego w tym badaniu, z powodzeniem przeskanowaliśmy grupę 8 zdrowych myszy C57BL / 6 WT i 8 szczurów Wistar WT za pomocą skanera MRI 7 Tesli. Byliśmy w stanie mechanicznie wentylować zwierzęta na różnych poziomach PEEP i monitorować podstawowe parametry fizjologiczne podczas skanowania (ryc. 7).
Na rycinie 5 pokazano przykład trzech skanów 2D w klatce wydechowej myszy i szczura w orientacji strzałkowej. Jak widać, PEEP wprowadza ogonowe przemieszczenie przepony u obu zwierząt, ale u myszy towarzyszy temu również poszerzenie klatki piersiowej, na co wskazuje wzrost średnicy przednio-tylnej.
Te wysokiej jakości skany pokazują, że za pomocą tej techniki możemy zmierzyć rozmiar różnych części klatki piersiowej i pokazać wpływ różnych ustawień wentylacji na ruch klatki piersiowej i przepony. Krótki czas skanowania pozwala na porównanie parametrów wynikowych w obrębie obiektów, które są interesujące, zmniejszając wymaganą liczbę zwierząt. Tabela 2 przedstawia parametry wyników dla wszystkich zwierząt.
Rycina 8 przedstawia segmentacje płuc dynamiki schyłkowo-wydechowej na trzech poziomach PEEP z odpowiadającą im objętością płuc. Zgodnie z oczekiwaniami, zwiększenie PEEP spowodowało zwiększenie objętości płuc. Filmy 3D są również wyświetlane jako film w filmach uzupełniających 1 i 2.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67474/67474fig04.jpg"> 
Rysunek 4: Zrzut ekranu oprogramowania używanego do rekonstrukcji obrazów z retrospektywnym bramkowaniem danych. Bramkowanie danych opiera się na sygnale nawigatora. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67474/67474fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67474/67474fig05.jpg"> 
Rycina 5: Reprezentatywne wyniki obrazów 2D u szczura i myszy na trzech poziomach PEEP, z wymiarami płuc przednio-tylnych i czaszkowo-ogonowych. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67474/67474fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67474/67474fig06.jpg"> 
Rysunek 6: Zrzut ekranu przedstawiający oprogramowanie używane do segmentacji płuc w pierścieniach 3D. W lewym górnym panelu pokazany jest widok osiowy filmu 3D z płucami podzielonymi na czerwone segmenty. W prawym górnym panelu pokazany jest widok strzałkowy z płucem podzielonym na czerwone segmenty. W lewym dolnym panelu pokazany jest render 3D podzielonego na segmenty płuca. W lewym i prawym panelu pokazany jest widok koronalny z płucem podzielonym na czerwono. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67474/67474fig06large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67474/67474fig07.jpg"> 
Rycina 7: Parametry życiowe zwierząt podczas eksperymentów. N = 8 myszy (niebieski), N = 8 szczurów (pomarańczowy). Dane są wyświetlane jako średnia z SD. Zwróć uwagę na spadek częstości akcji serca, gdy zwierzęta wchodzą w chirurgiczną płaszczyznę znieczulenia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67474/67474fig07large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67474/67474fig08.jpg"> 
Rycina 8: Segmentacja 3D płuc na trzech poziomach PEEP wraz z odpowiadającymi im objętościami płuc. Segmentacja płuca szczura w PEEP 0 (lewa kolumna), PEEP 3 (środkowa kolumna) i PEEP 6 (prawa kolumna). W górnym rzędzie pokazana jest tylna strona płuc. W środkowym rzędzie pokazana jest przednia strona płuc. Objętości pokazane w dolnym rzędzie są mierzone w płucach renderowanych w 3D, które są widoczne na tym rysunku. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67474/67474fig08large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>
Film uzupełniający 1: Film 3D z myszką. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67474/Supplemental_Video1.gif" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten film.</a>
Film uzupełniający 2: Film 3D szczura. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67474/Supplemental_Video2.gif" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten film.</a>
Dodatkowy plik kodowania 1: Skrypt do rejestracji segmentacji do innych przejęć. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67474/Supplemental_Video1.gif" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>

Proponowana konfiguracja umożliwia kontrolowaną wentylację mechaniczną i obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego ruchu klatki piersiowej 3D u myszy i szczurów. Wykorzystaliśmy tę konfigurację do zbadania patofizjologii leżącej u podstaw dysfunkcji mięśni oddechowych wywołanej wentylacją mechaniczną.

Obrazowanie 3D Cine Magnetic Resonance ruchu oddechowego u myszy i szczurów wentylowanych mechanicznie

The pathophysiology of diaphragm dysfunction in mechanically ventilated patients has yet to be fully understood, and adequate animal models are required ...

PEEP to dodatnie ciśnienie końcowo-wydechowe wywierane przez respirator mechaniczny pod koniec oddechu. Chcieliśmy zbadać, w jaki sposób ustawienia respiratora, a w szczególności PEEP, wpływają na kształt i ruch klatki piersiowej. Porównujemy wyniki między myszami i szczurami.Obecnie do wizualizacji wentylowanych zwierząt wykorzystuje się głównie ultradźwięki. Dzięki przyspieszonemu obrazowaniu filmowemu z rozdzielczością ruchu przy użyciu 70 rezonansów magnetycznych w połączeniu ze zoptymalizowanym protokołem znieczulenia, z powodzeniem przeprowadziliśmy obrazowanie 3D myszy i szczurów wentylowanych mechanicznie. Na podstawie obrazów MR podzieliliśmy płuca na segmenty, aby zbadać ruch i wymiar klatki piersiowej.I możemy na przykład ocenić, czy klatka piersiowa rozszerza się bardziej w kierunku czaszkowo-ogonowym, czy w kierunku przednio-tylnym. Skupiamy się głównie na zapobieganiu urazom przepony i płuc u pacjentów wentylowanych mechanicznie. W tym projekcie badamy w szczególności parametr PEEP, ale w przyszłości chcemy również zbadać inne ustawienia respiratora mechanicznego lub wykorzystać różne rodzaje genetycznie modyfikowanych modeli zwierzęcych.Aby rozpocząć, skalibruj respirator mechaniczny do użytku poza pomieszczeniem MR, korzystając z menu respiratora. Umieść wentylator mechaniczny w pomieszczeniu rezonansu magnetycznego lub rezonansu magnetycznego. Przeciągnij kable podłączone do respiratora kompatybilnego z MR przez otwór urządzenia MR.Następnie podłącz wentylator mechaniczny kompatybilny z MR do sprężarki i źródła przepływu tlenu. Aby przygotować dodatnie końcowe ciśnienie wydechowe lub kolumnę PEEP, napełnij 50-mililitrową kolumnę miarową wodą. Teraz przyklej luźno poduszkę oddechową do kołyski MR w miejscu, w którym będzie znajdować się klatka piersiowa zwierzęcia.Umieść znieczulone i tracheostomijnie znieczone zwierzę na wznak w kołysce MR i umieść na nim odpowiednią cewkę rezonansu magnetycznego, upewniając się, że rurka tracheotomijna jest prawidłowo umieszczona. Zatrzymać i odłączyć wentylator mechaniczny i pompę anestezjologiczną. Przetransportuj zwierzę do pomieszczenia rezonansu magnetycznego i ponownie podłącz je do respiratora kompatybilnego z rezonansem magnetycznym, aby rozpocząć wentylację.Włóż sondę termometru doodbytniczego. Umieść czujnik saturacji i czujnika tętna na tylnej kończynie zwierzęcia. Podłącz system monitorowania oddechu do poduszki oddechowej, aby zapewnić prawidłowe parametry życiowe.Umieść zwierzę w skanerze MR z cewką wyśrodkowaną nad klatką piersiową. I podłącz kable o częstotliwości radiowej do cewki. Zanurz rurkę wydechową na sześć centymetrów w słupie wody, podając sześć centymetrów wody PEEP.Zdobądź zwiadowcę z pięcioma obrazami w orientacji czołowej i osiowej, upewniając się, że cała klatka piersiowa znajduje się w polu widzenia. Następnie wykonaj skany 2D na głębokości sześciu centymetrów wody. Uzyskaj skan 3D po umieszczeniu pola widzenia wokół całej klatki piersiowej, aby pokryć skany 2D.Po wykonaniu wszystkich wymaganych skanów wyjmij zwierzę ze skanera. Na początek należy wykonać skany MRI 2D i 3D zwierzęcia pod wentylacją mechaniczną, stosując dodatnie ciśnienie końcowo-wydechowe lub PEEP. Otwórz oprogramowanie i kliknij Załaduj MRD, aby załadować surowe pliki.Wprowadź częstość oddechów ustawioną w respiratorze mechanicznym zgodnym z rezonansem magnetycznym do filtrów oddechowych serca i ustaw szerokość na 15. Naciśnij przycisk Filtruj, aby zastosować ustawienia, co spowoduje wyświetlenie bramkowanego sygnału nawigatora. Upewnij się, że czerwony sygnał w nawigatorze oddechu i skrzynkach częstości oddechów jest zgodny z niebieskim surowym sygnałem nawigatora.Wybierz opcję Respiratory Movie (Film oddechowy) na karcie Cine (Kino), ustaw liczbę klatek na 12, a liczbę dynamicznych (Dynamics) na jedną. W zakładce parametrów reco włącz ósmy poziom PCA i filtr dzwonienia. Po zastosowaniu ustawień naciśnij przycisk Reconstruct (Rekonstrukcja), aby rozpocząć rekonstrukcję.Sprawdź zrekonstruowane obrazy i wyeksportuj je za pomocą funkcji eksportu DCM. W celu analizy obrazu otwórz i wybierz żądaną klatkę obrazu 2D w przeglądarce DICOM. Za pomocą przycisku pomiaru w microdicom zmierz wymiary płuc przednio-tylnych i czaszkowo-ogonowych w strzałkowym obrazie 2D oraz wymiar lewo-prawy w obrazie 2D zorientowanym na koronę.Po powtórzeniu tych pomiarów dla wszystkich poziomów PEEP, załaduj film do programu do analizy obrazu 3D, zmień orientację obrazu w zakładce Narzędzia i wprowadź SPL jako kod RAI. Przewiń dynamikę w narzędziach, a następnie inspektor warstw i wybierz klatkę końca wydechu. Następnie, korzystając z trybu pędzla, zainicjuj segmentację, ręcznie konturując środkową część płuc w dwóch plasterkach dla każdej orientacji.Rozpocznij segmentację 3D, korzystając z aktywnej funkcji konturu na głównym pasku narzędzi. Włącz inicjalizację z bieżącą segmentacją i naciśnij Segment 3D po zapewnieniu pełnego pokrycia klatki piersiowej. Wybierz progowanie jako tryb segmentacji wstępnej.Użyj tylko górnego progu w trybie progu po prawej stronie, a następnie naciśnij przycisk Dalej. Rozpocznij aktywne konturowanie za pomocą przycisku odtwarzania. Wstrzymaj go, gdy tylko segmentacja dotrze do krawędzi płuc.Po zweryfikowaniu obrazów naciśnij przycisk Zakończ, aby sfinalizować. Teraz naciśnij przycisk aktualizuj, aby zwizualizować segmentację 3D i obrócić wizualizację 3D w celu sprawdzenia. Aby zapisać segmentację jako sprytny plik, kliknij Segmentacja, a następnie Zapisz obraz segmentacji.Wyeksportuj segmentację jako plik siatki STL z opcją eksportu siatki segmentacji. Po zanotowaniu objętości płuc zarejestruj obrazy innych stanów oddechowych do dynamiki końcowo-wydechowej za pomocą odpowiedniego skryptu i zastosuj obliczone transformacje do segmentacji. Wysokiej jakości skany MRI pozwoliły na monitorowanie podstawowych parametrów fizjologicznych podczas wentylacji mechanicznej zwierząt na różnych poziomach PEEP.Skany orientacji strzałkowej wykazały, że PEEP powodował ogonowe przemieszczenie przepony zarówno u myszy, jak i szczurów, z towarzyszącym poszerzeniem klatki piersiowej obserwowanym wyłącznie u myszy. Zwiększenie poziomu PEEP u myszy i szczurów wiązało się z mierzalnym wzrostem objętości płuc, przy czym wartości wzrosły z 12,7 mililitra przy zerowym PEEP do około 15,8 mililitra przy sześciocentymetrowym PEEP wody.

3d-cine-magnetic-resonance-imaging-respiratory-motion-mechanically

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Źródło: Chiu, S. i in. Obrazowanie rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym w tętnicy szyjnej wspólnej szczura. J. Vis. Exp. (2018). Ten film przedstawia obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym (PC-MRI) w celu pomiaru przepływu krwi w tętnicy szyjnej wspólnej szczura. Po zabezpieczeniu znieczulonego szczura na łóżku MRI i zapewnieniu stabilnych parametrów fizjologicznych, tętnica szyjna wspólna jest skanowana w celu uzyskania obrazów w określonych odstępach czasu.

 Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym w celu oceny przepływu krwi w tętnicach szczura

Niniejszy protokół zawiera szczegółowy opis krok po kroku procedur wymaganych do wykonania pomiarów mechaniki układu oddechowego, jak również oceny reakcji dróg oddechowych na wdychaną metacholinę u myszy przy użyciu techniki wymuszonej oscylacji (flexiVent; SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Kanada).

Ocena mechaniki układu oddechowego u myszy przy użyciu techniki wymuszonej oscylacji

Ten artykuł przedstawia metodę wielokrotnych pomiarów wentylacji i aktywności mięśni oddechowych w swobodnie zachowującym się modelu myszy ze stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS) podczas postępu choroby za pomocą pletyzmografii całego ciała i elektromiografii za pomocą wszczepionego urządzenia telemetrycznego.

Wielokrotne pomiary aktywności mięśni oddechowych i wentylacji w mysich modelach choroby nerwowo-mięśniowej

Celem tego artykułu jest dostarczenie szczegółowego opisu zalecanych procedur oceny funkcji oddechowych u świadomych myszy za pomocą dwukomorowej pletyzmografii.

Ocena funkcji oddechowych u przytomnych myszy za pomocą dwukomorowej pletyzmografii

W tej publikacji opisujemy protokoły oceny klirensu śluzowo-rzęskowego dróg oddechowych (MCC) u myszy in vivo z wykorzystaniem obrazowania radionuklidów o podwójnej modalności. Protokół ten jest przeznaczony do tomografii komputerowej z emisją pojedynczych fotonów (SPECT) i protokołu akwizycji tomografii komputerowej (CT) przy użyciu mysich kolimatorów całego ciała (MWB) w podwójnym systemie SPECT/CT.

Ocena in vivo klirensu śluzowo-rzęskowego u myszy

To badanie opisuje kompleksowy protokół obrazowania metodą rezonansu magnetycznego układu sercowo-naczyniowego (CMR) w celu ilościowego określenia parametrów funkcjonalnych lewej komory serca myszy. Protokół opisuje pozyskiwanie, przetwarzanie końcowe i analizę obrazów CMR, a także ocenę różnych parametrów czynnościowych serca.

Kwantyfikacja funkcji lewej komory serca myszy, napięcia mięśnia sercowego i sił hemodynamicznych za pomocą rezonansu magnetycznego układu sercowo-naczyniowego

Hiperspolaryzowany rezonans magnetyczny 129Xe (MRI) to metoda badania regionalnie rozdzielonych aspektów funkcji płuc. Praca ta przedstawia kompleksowy, ustandaryzowany przepływ pracy dla hiperspolaryzowanego rezonansu magnetycznego 129Xe wentylacji płuc, ze szczególnym uwzględnieniem projektowania sekwencji impulsów, przygotowania dawki 129Xe, przebiegu skanowania i najlepszych praktyk w zakresie monitorowania bezpieczeństwa pacjenta.

Pozyskiwanie hiperspolaryzowanych obrazów rezonansu magnetycznego 129xe wentylacji płuc

Trójwymiarowe (3D) funkcjonalne płuco z rozdzielczością fazową (PREFUL) to technika funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (MRI), która pozwala na ilościowe określenie wentylacji regionalnej całej objętości płuc człowieka, przy użyciu oddychania oddechowego i akwizycji bez środka kontrastowego przez 8 minut. W tym miejscu przedstawiamy protokół MR do zbierania i analizowania danych obrazowania 3D PREFUL.

Trójwymiarowe funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego płuc z rozdzielczością fazową

Opisano protokół do generowania obrazów strukturalnych płuc o wysokiej rozdzielczości za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI) o ultrakrótkim czasie echa (UTE). Protokół ten pozwala na uzyskanie obrazów za pomocą prostej sekwencji impulsów MRI podczas swobodnego oddychania.

Strukturalny rezonans magnetyczny płuc przy użyciu obrazowania ultrakrótkiego echa przy swobodnym oddychaniu, samobramkowaniu

Dokładna i praktyczna metoda pomiaru parametrów takich jak odkształcenie (strain) w tkance mięśnia sercowego ma dużą wartość kliniczną, ponieważ wykazano, że odkształcenie jest czulszym i wcześniejszym markerem dysfunkcji kurczliwości niż często stosowany parametr EF.

Ocena odkształcenia mięśnia sercowego w rezonansie magnetycznym z wykorzystaniem śledzenia cech (feature tracking)

Poznaj metodę obrazowania 3D cine MRI ruchu oddechowego u myszy i szczurów wentylowanych mechanicznie. Technika ta pozwala badać wpływ PEEP na dynamikę klatki piersiowej i zapobiegać uszkodzeniom płuc.

Obrazowanie 3D Cine Magnetic Resonance ruchu oddechowego u myszy i szczurów wentylowanych mechanicznie

Przeglądaj więcej filmów